CC BY
17
УДК 621.316.9
10.20998/2074-272Х.2017.2.09
С.С. Руденко, Д.Г. Колiушко, О.В. Кащеев
ВИЗНАЧЕННЯ НАПРЯМКУ РЕКОНСТРУКЦИ ЗАЗЕМЛЮВАЛЬНОГО ПРИСТРОЮ
На основi розрахункових експеримент1в проанатзовано можливi випадки невiдповiдностi заземлювальних пристроив нормативним вимогам та способи ¡X реконструкци за вимогами до напруги дотику та опору. Визначено ефекти-вшсть вказаних напрямшв реконструкци як з точки зору електробезпеки, так i матерiально-трудових витрат.
Бiбл. 3, табл. 8, рис. 6.
Ключовi слова: заземлювальний пристрш, електробезпека, реконструкщя, матерiально-трудовi витрати.
На основании расчетного эксперимента проанализированы возможные случаи несоответствия заземляющих устройств нормативным требованиям и способы их реконструкции по требованиям к напряжению прикосновения и сопротивлению. Определена эффективность указанных направлений реконструкции как с точки зрения электробезопасности, так и материально-трудовых затрат. Библ. 3, табл. 8, рис. 6.
Ключевые слова: заземляющее устройство, электробезопасность, реконструкция, материально-трудовые затраты.
Вступ. Шдстанци, що експлуатуються в Украш, переважною бшьшютю були спроектоваш за вимогами до припустимого значення опору заземлювального пристрою (ЗП). Так як вказаш енергетичш об'екти були побудоваш понад 30 рошв тому, то гх ЗП зазнав суттевих змш шд впливом корозшних процейв, замш та реконструкцш високовольтного обладнання тощо. Тому на даний час потрiбно обрати оптимальний ва-рiант моцернiзацii ЗП зпдно з одним iз його нормова-них параметрiв (НП). Для приведения цiючих ЗП у вiцповiцнiсть до сучасних нормативних вимог [1] ви-користовуеться електромагнiтна цiагностика (ЕМД) стану ЗП [2], основною метою якоГ е визначення величин нормованих параметрiв ЗП й розробка рекоме-ицацiй з реконструкцii' та модершзаци ЗП.
Реконструкцiя ЗП електроустановки напругою понад 1 кВ в електричних мережах з глухозаземленою нейтраллю, також як i проектування, може бути вико-нана двома способами [2]: зпдно з вимогами до припустимого значення опору ЗП або до припустимого значення напруги дотику. В юнуючих дослщженнях [3] неодноразово вщзначалося те, що в рядi випадшв виконання ЗП у вщповщносп до його опору не може гарантувати електробезпеку персоналу й забезпечити припустиму величину напруги дотику. Проте до цього часу оцшка матерiально-трудових витрат з урахуван-ням значень НП для вибору оптимального напряму улаштування ЗП не виконувалась.
Метою роботи е визначення оптимального напряму реконструкци та модершзаци заземлювального пристрою електроустановок напругою понад 1 кВ, що працюють в мереж1 з глухозаземленою нейтраллю.
Матерiали дослвдження.
Розглянемо два способи реконструкцii дшчого заземлювального пристрою: перший - за вимогами до його опору, другий - за вимогами до напруги дотику. Анатз розробки рекоменцацiй цими двома способами для реконструкци ЗП виконаемо на приклада електричних пвдстанцш класом напруги 110 (150) кВ. При цьому було розглянуто три варiанти:
1) до реконструкци перевищення припустимого значення напруги дотику спостер^алося на 50 % обладнання, шсля реконструкци як першим, так i другим способами напруга дотику не перевищувала при-пустимого значення;
2) до реконструкци перевищення припустимого значення напруги дотику спостерталося на всьому обладнанш, для забезпечення припустимого значення напруги дотику при реконструкци як першим, так i другим способами використано iзолюючий шар в мю-цях оперативного обслуговування обладнання;
3) до реконструкци напруга дотику та отр ЗП не перевищували припустимих значень, а пiц час реконструкци першим та другим способом внесено лише необхвдш конструктивш рекомендаций
Розглянемо цi варiанти детальшше:
1) Шсля реконструкци обома способами напруга дотику не перевищуе припустимого значення.
Аналiз виконаемо на приклада цiючоi шдстан-цii, результати ЕМД стану ЗП якоГ представлено на рис. 1, 2. При цьому суцшьною товстою чорною лжею позначено заземлювач^ що розташованi шд землею. Реальну назву об'екту дослщження змiнено на умовну - ПС № 1.
Вихщними даними для визначення НП ЗП були: реальна схема ЗП ПС №1, що знаходиться в експлуа-таци, електрофiзичнi характеристики (ЕФХ) грунту (питомий електричний опр (ПЕО) I шару - 42,65 Ом-м, II шару - 25,37 Ом-м та товщина першого шару - 0,82 м), значення струму однофазного короткого замикання (КЗ) - 1,957 кА. Слад зауважити, що до виконання реконструкци ЗП перевищення припустимого значення напруги дотику (65 В при чай спрацю-вання резервного захисту б№ше 1,0 с) спостерiгалося на 50 % обладнання, де можливi оперативш переми-кання (а саме на: ШР Т-1, ШР Т-2, оД Т-1, ОД Т-2 та КЗ-1), хоча значення опору ЗП не перевищувало припустимого значення 0,5 Ом.
Зпдно з п. 1.7.106 ПУЕ [1] вщстань м1ж попере-чними горизонтальними заземлювачами (ГЗ) для ЗП, виконаного за вимогами до його опору, рекоменду-еться приймати в бш збшьшення вiц перифери до центру заземлювальноТ сiтки. При цьому перша i на-ступш вiцстанi, починаючи вiц периферii, не повинш перевищувати вiцповiцно 4,0; 5,0; 6,0; 7,5; 9,0; 11,0; 13,5; 16,0; 20,0 м. Глибина прокладання ГЗ мае стано-вити (0,5 - 0,7) м. На рис. 1 представлено ЗП тдстан-ци з введеними рекомендащями, необхвдними для
© С.С. Руденко, Д.Г. Кол1ушко, О.В. Кащеев
приведения конструктивного виконання ЗП у вщповь дшсть до вимог з його опору Я0 (додатковi ГЗ позна-чено пунктиром).
Рис. 1. Схема ЗП ПС №1, приведеного у вдаовдагсть до припустимого значення опору
Рис. 2. Схема ЗП ПС №1, приведеного у вдаовдагсть до припустимого значення напруги дотику
Зпдно з п. 1.7.105 ПУЕ для ЗП, виконаного за вимогами до напруги дотику U , необхiдно розмщати повздовжнi та поперечнi ГЗ для виконання захисного вирiвнювання потенцiалiв з урахуванням припустимо!
величины напруги дотику та зручносп приеднання заземлюваного обладнання, глибина прокладання мае бути не меншою н1ж 0,3 м. Таким чином, у порiвияннi з ЗП, виконаним за вимогами до його опору, вимоги до конструктивного виконання е менш жорсткими.
На рис. 2 представлено ЗП з рекомендащями, не-обхвдними для приведення його у ввдповвдшсть вимо-гам до припустимого значення напруги дотику.
Розрахунок параметрiв було виконано за допо-могою математичного апарату, розробленого в [4]. Порiвняемо значення (див. табл. 1) та розкид напруги дотику для обох варiантiв виконання ЗП. 1з табл. 1 слдуе, що значення напруги дотику при першому способi виконання буде мати дещо менше значення, проте в обох випадках напруга дотику не буде пере-вищувати припустиме значення в 65 В, а розкид зна-чень напруги дотику буде приблизно однаковим для обох випадшв, тобто i в першому, i у другому випад-ку заземлювальна сiтка буде еквшотенцшною.
Таблиця 1
Назва обладнання Значення Ut, В Вщхилення U , ввд середнього значення, %
ЗП за вимо- ЗП за вимо- ЗП за вимо- ЗП за вимо-
гами до RG гами до U, гами до Rg гами до U,
SS II BS 26,1 38,3 12,8 9,9
SS I BS 23,5 33,8 1,6 -2,9
BI Т-2 22,0 32,4 -4,9 -7,0
S Т-2 21,1 27,5 -8,8 -21,1
SC Т-2 20,6 31,6 -10,9 -9,3
SC Т-1 21,2 34,2 -8,3 -1,8
right LI 25,6 39,8 12,4 2,8
left LI 26,6 37,1 -19,6 -13,9
При виконанш реконструкцп ЗП першим способом матерiально-трудовi витрати (див. табл. 2) будуть значно вищими (бiльш н1ж в п'ять разiв).
Таблиця 2
Назва та вид робгг ЗП за вимогами до Rg ЗП за вимогами до U
Прокладання додаткових ГЗ у Грунп 3 групи, м 349 66
Прокладання додаткових ГЗ у Грунп 5 групи, м 151 33
Виконання проютв тд автошляхами або прохщ по асфальтобетонному масиву кшьюсть 9 2
довжина, м 60 10
2) Для забезпечення припустимого значення напруги дотику при реконструкцп як за першим, так i за другим способами використано iзолюючий шар в мкцях оперативного обслуговування обладнання.
Аналiз виконаемо на прикладi дгючо! шдстан-цп, результати ЕМД стану ЗП яко! представлено на рис. 3, 4. При цьому суцшьною товстою чорною лжею позначено заземлювач^ що розташованi пiд землею. Реальну назву об'екта дослiдження змшено на умовну - ПС №2.
Station control building
Closed switchgear-6 kV(CSG)
Y///////À,
V///////////A
Рис. 3. Схема ЗП ПС №2, приведеного у вщповщтсть до припустимого значення опору
Station control building
Closed switchgear-6 kV(CSG)
У//////Л////////////А
ти, що до виконання реконструкцiï ЗП перевищення припустимого значення напруги дотику (65 В при 4aci спрацювання резервного захисту 0,1 с) cпоcтерiгалоcя на всьому обладнання, де можливе оперативне пере-микання, хоча значення опору ЗП не перевищувало припустимого 0,5 Ом.
На рис. 3 представлено ЗП шдстанцп з введени-ми рекомендацiями, необхвдними для приведення конструктивного виконання ЗП у вщповщшсть до вимог з його опору ЗП (додатковi ГЗ позначено пунктиром).
На рис. 4 представлено ЗП з рекомендащями не-обхвдними для приведення його у ввдповвдшсть вимо-гам до припустимого значення напруги дотику.
Порiвняeмо значення та розкид (див. табл. 3) напруги дотику для обох варiантiв виконання ЗП.
1з табл. 3 видно, що значення напруги дотику за обома способами реконструкцп перевищуе припусти-ме значення 65 В. Тому використання iзолюючого шару необхщне для обох cпоcобiв реконcтрукцiï в мюцях обслуговування обладнання, що дозволяе зни-зити Ut до припустимого.
Таблиця 3
Рис. 4. Схема ЗП ПС №2, приведеного у вщповщтсть до припустимого значення напруги дотику
Вихвдними даними для визначення НП ЗП були: реальна схема ЗП ПС №2, що знаходиться в експлуа-тацп, ЕФХ грунту (ПЕО I шару - 33 Омм, II шару -4,6 Ом-м та товщина першого шару - 1,97 м), значення струму однофазного КЗ - 10,784 кА. Слад зауважи-
Назва об- Значення U , В Вщхилення U , ввд сере-днього значення, %
ладнання ЗП за вимогами до Rg ЗП за вимогами до U, ЗП за вимогами до Rg ЗП за вимогами до U,
1LI ph. А 195,5 208,5 16,2 8,4
1LI ph. В 137,4 198,4 -18,3 3,2
1LI ph. С 134,5 155,8 -20,1 -19,0
2LI ph. А 152,7 217,3 -9,3 13,0
2LI ph. В 191,9 185,9 14,0 -3,3
2LI ph. С 196,6 214,0 16,8 11,3
3LI 173,4 189,1 3,0 -1,7
4LI 180,8 200,7 7,4 4,4
5LI 127,5 174,2 -24,2 -9,4
6LI 185,7 203,4 10,4 5,8
7LI 155,7 168,3 -7,5 -12,5
8LI 171,3 198,8 1,8 3,4
9LI 190,2 201,9 13,0 5,0
10LI 162,7 175,8 -3,3 -8,6
Розкид значень напруги дотику буде приблизно однаковим для обох випадшв.
Таблиця 4
Назва та вид робгг ЗП за вимога-ми до Rg ЗП за вимога-ми до U,
Прокладання додаткових ГЗ у грунп 3 групи, м 199 32
Прокладання додаткових ГЗ у грунп 5 групи, м 78 12
Виконання проколш кшьюсть 8 1
тд автошляхами або проход по асфальтно-бетонному масиву довжина, м 63 3
Юльюсть мюць укладання плит без арматури з площею 1 м2, шт 16 16
При цьому при виконанш реконструкцп ЗП за першим способом матерiально-трудовi витрати на прокладання додаткових ГЗ (див. табл. 4) будуть
значно вищими (б№ш шж в шють разiв). Для облаш-тування мюць оперативного обслуговування в обох випадках використано плити без металевоi арматури з загальним опором 3500 Ом.
3) Напруга дотику не перевищуе припустимих значень, а гад час реконструкци внесено лише не-обхвдш конструктивш рекомендаци.
Аналiз виконаемо на приклащ дiючоi шдстан-цii, результати ЕМД стану ЗП якоГ представлено на рис. 5, 6. При цьому суцшьною товстою чорною лжею позначено заземлювач^ що розташованi шд землею. Реальну назву об'екта дослвдження змiнено на умовну - ПС №3.
тд'еднання 8СБ. Порiвняемо значення та розкид и (див. табл. 5) для обох варiантiв виконання ЗП.
Рис. 5. Схема ЗП ПС №3, приведеного у вдаовдають до припустимого зиачеиия опору
Вихвдними даними для визначення НП були: реальна схема ЗП ПС №3 (див. рис. 5), що знаходиться в експлуатаци, ЕФХ грунту (ПЕО I шару - 12,1 Ом-м, II шару - 15,1 Ом-м та товщина першого шару - 1,15 м), значення струму однофазного КЗ - 3,798 кА. Слад зауважити, що до виконання реконструкци значення напруги дотику не перевищувало припустиме значення (65 В при чай спрацювання резервного захисту бшьше 1,0 с) на всьому обладнанш. Значення опору ЗП також було меншим за припустиме 0,5 Ом.
На рис. 5 представлено ЗП шдстанци з введе-ними рекомендащями, необхщними для приведення конструктивного виконання ЗП у вщповвдшсть до вимог з його опору ЗП (додатковi ГЗ позначено пунктиром).
На рис. 6 представлено ЗП з рекомендащями не-обхщними для приведення його у вщповвдшсть вимо-гам до припустимого значення напруги дотику. Як видно зi схеми, ЗП потребуе встановлення лише вер-тикальних заземлювачiв бшя блискавковiдводiв та
Рис. 6. Схема ЗП ПС №3, приведеного у вщповщтсть до припустимого значення напруги дотику
Таблиця 5
Назва обладнання Значення и, В Вщхилення и ввд сере-днього значення, %
ЗП за вимогами до Ка ЗП за вимогами до и ЗП за вимогами до Ка ЗП за вимогами до и
П-81ау-0 26,2 35,1 13,7 14,3
88-1-1 23,9 28,2 3,8 -8,1
П-РР-0 21,7 37,9 -5,8 23,5
88-1-2 25,2 28,5 9,4 -7,2
88-2-1 18,7 30,2 -18,8 -1,6
88-2-2 22,5 24,3 -2,3 -20,8
1з табл. 5 слвдуе, що значення напруги дотику як при першому, так i при другому способi виконання не, перевищуе припустиме значення 65 В. Також розкид значень и буде приблизно однаковим для обох випадшв. При цьому при виконанш реконструкци ЗП за першим способом матерiально-трудовi витрати на прокладання додаткових ГЗ (див. табл. 6) будуть практично в 8 разiв вищими.
Таблиця 6
ЗП за ЗП за
Назва та вид робгг вимога- вимога-
ми до Ка ми до и
Прокладання додаткових ГЗ у групп 3 групи, м 321 38
Прокладання додаткових ГЗ 125 16
у грунт! 5 групи, м
Виконання проколш кшьюсть 5 -
тд автодорогою або проход по асфальтно-бетонному масиву довжина, м 28 -
№1
№3
№2
№3
Стад зауважити, що рекоиструкщя ЗП за вимога-ми до Rg дозволяе зменшити значення опору ЗП лише на 3-6 % у порiвняннi з рекоиструкщею ЗП, за вимо-гами до напруги дотику (див. табл. 7).
У вщповвдносп до ДСТУ Б Д.1.1-1-2013, проведено аналiз вартостi реконструкци ЗП за двома на-прямками для розглянутих об'ектiв (див. табл. 8) з урахуванням вартостi прокладання ГЗ в грунп рiзних груп, та улаштування iзолюючого шару, у разi необ-хiдностi, на мюцях обслуговування обладнання.
Таблиця 8
Назва тдстанци Вартють реконструкци ЗП, тис. грн:
за вимогами до RG за вимогами до U,
ПС №1 42,504 8,915
ПС №2 29,423 4,640
ПС №3 45,781 5,168
Таким чином, доведена економiчна ефективнiсть проведення реконструкцii та модершзаци ЗП дшчих енергетичних об'екпв за вимогою до припустимого значення напруги дотику.
Висновки.
1. Виконання ЗП за вимогами до його опору не га-рантуе електробезпеку обслуговуючого персоналу електроустановки у випадку виникнення аварiйноi ситуацii, тобто значення опору ЗП не дозволяе однозначно судити про придатшсть ЗП до подальшоi' екс-плуатацii.
2. Проведення реконструкцii' дшчих ЗП найкраще виконувати згiдно з вимогами до напруги дотику, що дозволить забезпечити електробезпеку обслуговуючо-го персоналу та надайшсть експлуатаци облацнаиия в уйх режимах роботи електроустановки.
3. Виконання модершзаци та реконструкци ЗП за напрямком забезпечення припустимого значення напруги дотику мае високу економiчну ефектившсть: середня економ1я при реконструкци енергетичних об'екпв класiв напруги 110 кВ та 150 кВ складае бли-зько 33 тис. грн. на кожен об'ект.
Авторами за перюд 2015 - 2016 рр. були розроб-ленi рекомендацп для модернiзацii' та реконструкцii ЗП зпдно з вимогами до напруги дотику для 10 пвд-станцш класом напруги 150 кВ та 20 пiдстанцiй кла-сом напруги 110 кВ. Тобто впровадження вказаного напрямку реконструкцii' дозволило навiть для досить незначноi кiлькостi пiдстаицiй заощадити понад 1 млн. грн. для енергетичного сектору УкраТни.
СПИСОК ШТЕРАТУРИ
1. Правила улаштування електроустановок [Чинне вiц 20.11.2014]. - Х.: Мшенерговугшля Украши, 2014. - 793 с. -(Нацюнальний стандарт Украши).
2. Випробування та контроль пристроТв заземлення елект-роустановок. Типова iиструкцiя. СОУ 31.2-21677681-
19:2009 - [Чинний вiд 2010-03-29]. - К.: Мшпаливенерго Украши, 2010. - 54 с. - (Нацюнальний стандарт Укра1ни).
3. Колиушко Д.Г., Колиушко Г.М., Руденко С.С. Статистический анализ соответствия заземляющего устройства электрических станций и подстанций нормируемым параметрам // Енергетика та електрифжащя. - 2015. - №6. - С. 3-7.
4. Колиушко Д.Г., Руденко С.С. Математическая модель заземляющего устройства энергообъекта при наличии подстилающего слоя // Электронное моделирование. - 2014. -Т.36. - №2. - С. 89-97.
REFERENCES
1. Natsional'nyy standart Ukrayiny. Pravila ulashtuvannya electroustanovok [National Standard of Ukraine. Electrical Installation Regulations]. Kharkiv, Minenergovugillya Ukrayiny Publ., 2014. 793 p. (Ukr).
2. Natsional'nyy standart Ukrayiny. SOU 31.2-2167768119:2009. Viprobuvannya ta kontrol' prystroyiv zazemlennya elektroustanovok. Tipova instruktsiya. [National Standard of Ukraine SOU 31.2-21677681-19:2009. Test and control devices, electrical grounding. Standard instruction]. Kyiv, Minenergovugillya Ukrayiny Publ., 2010. 54 p. (Ukr).
3. Koliushko D.G., Koliushko G.M., Rudenko S.S. Statistical analysis according grounding grid the power stations and substations for of normalized parameters. Energetic and electrification, 2015, no.6, pp. 3-7. (Rus).
4. Koliushko D.G., Rudenko S.S. Mathematical model of grounding connection of a power plant with under layer. Electronic modeling, 2014, vol.36, no.2, pp. 89-97. (Rus).
Поступила (received) 13.02.2017
Руденко Сергт Сергтович1, m.h.c., Колiушко Денис Георгтович1, к.т.н., с.н.с., Кащеев Олекст Валертович1, к.т.н., с.н.с., 1 Нацюнальний техшчний ушверситет «Харквський полггехшчний шститут», 61002, Харюв, вул. Кирпичова, 2, e-mail: [email protected]
S.S. Rudenko1, D.G. Koliushko1, O.V. Kashcheyev1 1 National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», 2, Kyrpychova Str., Kharkiv, 61002, Ukraine. Determination of direction to reconstruction of grounding system.
Purpose. In paper the most efficient and economical way for bringing the grounding system of power facilities into compliance with requirements of normative parameters was determined. Methodology. The determination was based on the comparison of the calculated values of touch voltage and length of additional electrodes for reconstruction of grounding system by two ways. To calculate the software based on the method of point current source which located in the three-layer soil, method guidance potential, Gauss method and the method of ordinary least squares was used. Results. For three possible cases amount of material and labor costs for the reconstruction and modernization of the grounding system while maintaining the equipotent grounding system and allowable touch voltage was defined. Originality. For the first time the effectiveness the reconstruction of grounding system for requirements of touch voltage, not to her of resistance, both in terms of electrical safety and in terms of material and labor costs proved. Practical value. The implementation of results saves a national scale funds for modernization and reconstruction of existing grounding systems of power facilities. References 3, tables 8, figures 6. Key words: grounding system, electrical safety, reconstruction, material and labour costs.
Таблиця 7
Назва тдстанци Rg до реконструкци ЗП, Ом Rg тсля реконструкци ЗП, Ом:
за вимогами до Rg за вимогами до Ut
ПС №1 0,309 0,235 0,251
ПС №2 0,088 0,083 0,087
ПС №3 0,133 0,119 0,123
